随着空间技术的飞速发展以及飞行器性能的日趋完善,空间在轨捕获技术的重要性越来越明显。在与其他航天器对接的过程中,空间在轨捕获技术直接关系到能否对接成功。当完成在轨捕获作业时,与目标物接触的瞬间,目标物会对机械臂产生较强的冲击力,而传统的刚性机械臂由于不具有阻尼器等吸能元件,在目标物的碰撞力作用下容易引起基座失稳。本文研究了基于柔性捕获的机械臂多轴运动系统,完成了关节处驱动电机位置控制,针对关节处可控阻尼元件设计了最优阻尼力的控制方法,实现了振动量的快速衰减,最后基于地面气浮实验平台的二关节四自由度机械臂验证了运动控制系统的可行性和有效性。本文研究内容来源于国家自然科学基金资助项目(51305039),具体研究工作如下:首先,针对直流无刷电机的结构以及工作原理,建立了直流无刷电机的数学模型,其中包括电压平衡方程、电机输出转矩方程以及电机运动方程,并在Matlab软件中的Simulink环境下对电机的反电动势模块、转速模块、转矩模块、电机本体模块、电压逆变器等模块进行了仿真建模,通过双环PID的控制方法控制电流环与速度环,通过对比仿真曲线与理论曲线,验证了建模的准确性以及控制方法的有效性。其次,对具有6N自由度漂浮基的机械臂进行了 Kane动力学建模,针对机械臂中可控阻尼元件的期望阻尼力求解问题,提出了一种具有时变目标值的微粒群优化算法,并在Matlab中进行仿真验证。结果表明该算法求解出的各关节最优阻尼力实现了对机械臂振动位移和振动力/力矩的有限时间收敛,保证了机械臂和基座整体系统的稳定性。然后,基于FPGA设计了机械臂运动控制系统的硬件模块,并基于C++实现了软件架构。分析了运动控制单元、通信、电机驱动以及电源转换等硬件设计所需的主要模块,完成了各模块芯片选型及接口电路设计。针对CAN驱动及通信、电机控制以及驱动器控制等模块进行了软件编程实现。最后,在地面气浮实验平台上分别进行了关节电机定位及调速实验、磁流变阻尼器实验建模与阻尼性能测试、机械臂刚性运动控制实验及柔性捕获碰撞实验。通过物理样机实验最终验证了各环节控制方法的有效性。